(57)【要約】      （修正有）【課題】シート状繊維に軽量バルーン含有コンパウンドを保持して得られる軽量プリプレグとそれを用いた軽量積層板の製法に関する。【解決手段】シート状繊維基材を一つまたは複数の横型攪拌機を備えた液状コンパウンド材料塗布槽に連続的に送り出し、熱硬化性樹脂ならびに有機質および／または無機質バルーンからなる液状コンパウンド材料を該シート状繊維基材の両面に塗布する工程、および液状コンパウンド材料が塗布されたシート状繊維基材を加熱乾燥する工程からなる軽量プリプレグの製造方法であって、前記攪拌機の少なくとも一つがシート状繊維基材の移送支持および／または方向転換の役割を有し、かつ前記液状コンパウンド材料塗布槽における液状コンパウンド材料が占める体積をＶａ、前記撹拌機の合計回転外径表面積をＳａとした場合、      ０．０３≦Ｓａ／Ｖａ≦０．３      （１／ｃｍ）          （Ｉ）の関係を満たすことを特徴とする軽量プリプレグの製造方法。【選択図】図１
2006181952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状繊維製コンパウンド材料保持基材を一つまたは複数の横型攪拌機を備えた液状コンパウンド材料塗布槽に連続的に送り出し、熱硬化性樹脂ならびに有機質および／または無機質バルーンからなる液状コンパウンド材料を該シート状繊維製コンパウンド材料保持基材の両面に塗布する工程、および
液状コンパウンド材料が塗布されたシート状繊維製コンパウンド材料保持基材を加熱乾燥する工程からなる軽量プリプレグの製造方法であって、
前記攪拌機の少なくとも一つがシート状繊維製コンパウンド材料保持基材の移送支持および／または方向転換の役割を有し、かつ前記液状コンパウンド材料塗布槽における液状コンパウンド材料が占める体積をＶａ、前記撹拌機の合計回転外径表面積をＳａとした場合、
０．０３≦Ｓａ／Ｖａ≦０．３      （１／ｃｍ）          （Ｉ）
の関係を満たすことを特徴とする軽量プリプレグの製造方法。
【請求項２】
前記液状コンパウンド材料塗布槽が、液状コンパウンド材料の撹拌とシート状繊維製コンパウンド材料保持基材の移送支持および方向転換の役割をする横型撹拌機、および該横型撹拌機の直下に第二の横型撹拌機を備えたことを特徴とする請求項１記載の軽量プリプレグの製造方法。
【請求項３】
前記横型攪拌機が円筒格子状である請求項１または２記載の軽量プリプレグの製造方法。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の製造方法により製造されてなる軽量プリプレグ。
【請求項５】
請求項４記載の軽量プリプレグを積層してなる軽量積層板。
【請求項６】
熱硬化性樹脂が塗布されたシート状繊維製補強材を挿入することにより、比重および機械的強度が調節された請求項５記載の軽量積層板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽量板、断熱板、電気絶縁板として使用される軽量積層板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の樹脂軽量積層板の製造方法としては、液状樹脂にバルーンを混合した液状コンパウンド材料をシート状繊維製補強材の表面に付着させ加熱乾燥させてプリプレグとし、このプリプレグシートを積層して加圧、加熱成形して得る方法が知られている。また、型枠内にＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）板を敷きその上から液状コンパウンド材料を注入し、その上にさらにＦＲＰ板を重ね加圧、加熱成形して得る方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。さらに、粉体樹脂にバルーンを混合した粉体コンパウンド材料をシート状繊維製補強材の表面に乗せ加熱と加圧により付着させてプリプレグシートとし、このプリプレグシートを積層して加圧、加熱成形して得る方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
しかしながら、このようなシート状繊維製補強材とコンパウンド材料を一体とする従来の製造方法にあっては、シート状繊維製補強材へのコンパウンド材料の付着量はおのずと制限されるため比重の調整幅が狭いという課題があり、さらにコンパウンド材料が繊維製シート状補強材の表面に付着しているのみであるので繊維製シート状補強材へのコンパウンド材料の保持が不充分であり、プリプレグシートの曲がりや折れによりコンパウンド材料が剥がれ落ちるといった問題もあった。また、特に液状コンパウンド材料を使用する場合は、塗布槽内の液状コンパウンド材料のバルーンが時間の経過により浮いてしまうため液状コンパウンド材料が不均一になるといった問題もあった。
【０００４】
一方、液状コンパウンドを注入する製造方法にあっては、コンパウンドが液状であるため補強材との組み合わせが自由に行ない難いといった問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１５８５７４号公報
【特許文献２】特許第２６１２１０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、均一で比重の調整幅が広い樹脂軽量積層板を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、シート状繊維製コンパウンド材料保持基材を一つまたは複数の横型攪拌機を備えた液状コンパウンド材料塗布槽に連続的に送り出し、熱硬化性樹脂ならびに有機質および／または無機質バルーンからなる液状コンパウンド材料を該シート状繊維製コンパウンド材料保持基材の両面に塗布する工程、および液状コンパウンド材料が塗布されたシート状繊維製コンパウンド材料保持基材を加熱乾燥する工程からなる軽量プリプレグの製造方法であって、前記攪拌機の少なくとも一つがシート状繊維製コンパウンド材料保持基材の移送支持および／または方向転換の役割を有し、かつ前記液状コンパウンド材料塗布槽における液状コンパウンド材料が占める体積をＶａ、前記撹拌機の合計回転外径表面積をＳａとした場合、
０．０３≦Ｓａ／Ｖａ≦０．３      （１／ｃｍ）          （Ｉ）
の関係を満たすことを特徴とする軽量プリプレグの製造方法に関する。
【０００８】
前記液状コンパウンド材料塗布槽が、液状コンパウンド材料の撹拌とシート状繊維製コンパウンド材料保持基材の移送支持および方向転換の役割をする横型撹拌機、および該横型撹拌機の直下に第二の横型撹拌機を備えたものであることが好ましい。
【０００９】
前記横型攪拌機は円筒格子状であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明は、前記製造方法により製造されてなる軽量プリプレグに関する。
【００１１】
さらに、本発明は、前記軽量プリプレグを積層してなる軽量積層板に関する。
【００１２】
前記軽量積層板は、熱硬化性樹脂が塗布されたシート状繊維製補強材を挿入することにより、比重および機械的強度が調節されてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の軽量プリプレグは、液状コンパウンド材料の保持のみを目的とした低嵩密度のシート状繊維製コンパウンド保持基材を使用するため、これを単独で加圧、加熱成形し得られた樹脂軽量積層板は非常に軽量となる。さらに、この軽量プリプレグは低嵩密度のシート状繊維製コンパウンド保持基材の表面のみならず内部までコンパウンド材料が均一に浸透しているため、プリプレグシートの曲がりや折れによりコンパウンド材料が剥がれ落ちることはない。したがって、一般的な繊維製補強シートに樹脂のみを塗布させたプリプレグと同様に、巻き取ることも容易に切断することも可能である。
【００１４】
また、本発明においては、得られた軽量プリプレグと補強用プリプレグとの組み合わせ枚数や組み合わせパターンにより、比重や機械強度などの特性を簡便に調節できる軽量積層板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、シート状繊維製コンパウンド材料保持基材を一つまたは複数の横型攪拌機を備えた液状コンパウンド材料塗布槽に連続的に送り出し、熱硬化性樹脂ならびに有機質および／または無機質バルーンからなる液状コンパウンド材料を該シート状繊維製コンパウンド材料保持基材の両面に塗布する工程、および液状コンパウンド材料が塗布されたシート状繊維製コンパウンド材料保持基材を加熱乾燥する工程からなる軽量プリプレグの製造方法であって、前記攪拌機の少なくとも一つがシート状繊維製コンパウンド材料保持基材の移送支持および／または方向転換の役割を有し、かつ前記液状コンパウンド材料塗布槽における液状コンパウンド材料が占める体積をＶａ、前記撹拌機の合計回転外径表面積をＳａとした場合、
０．０３≦Ｓａ／Ｖａ≦０．３      （１／ｃｍ）          （Ｉ）
の関係を満たすことを特徴とする軽量プリプレグの製造方法である。
【００１６】
本発明におけるシート状繊維製コンパウンド材料保持基材は、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリイミド繊維などの合成樹脂繊維、天然セルロース繊維、ガラス繊維、カーボン繊維などを用いたシート状の不織布であり、プリプレグの作製に絶え得る強度および使用するバルーンの粒径以上の目開き幅と厚さをもち、コンパウンド材料を保持できる範囲内できるだけ低嵩密度のものが好ましい。例えば、シート状繊維製コンパウンド材料保持基材の目開き幅は、３００〜１０００μｍであることが好ましく、５００〜８００μｍであることがより好ましい。厚さは０．１〜１．０ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．６ｍｍであることがより好ましい。嵩密度は０．０５〜０．５ｇ／ｃｍ3であることが好ましく、０．１〜０．３ｇ／ｃｍ3であることがより好ましい。
【００１７】
本発明における液状コンパウンド材料は熱硬化性樹脂ならびに有機質および／または無機質バルーンからなるものである。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などがあげられ、なかでも強度の点からはエポキシ樹脂、耐熱性の点からはシリコーン樹脂を用いることが好ましい。
【００１８】
有機質および無機質バルーンとしては、例えばフェノール樹脂バルーン、ポリ塩化ビニリデンバルーン、ガラスバルーン、シリカバルーン、シラスバルーンなどがあげられ、なかでも強度と耐熱性の点からガラスバルーンを用いることが好ましい。バルーンの平均粒径は１０〜２００μｍであることが好ましく、３０〜１００μｍであることがより好ましい。バルーンの粒径が１０μｍ未満であると、軽量化の効果が得られにくくなり、２００μｍを超えると強度が得られにくくなる傾向がある。また、嵩比重は０．１〜１．２が好ましく、０．３〜０．８であることがより好ましい。嵩比重が０．１未満であると液状コンパウンドにおいて樹脂の均一化が難しくなり、１．２を超えると軽量化の効果が得られにくくなる。なお、バルーンの材質および粒径は特に限定されるものではなく、目的とする軽量積層板の比重、強度、耐熱性、耐薬品性などを考慮し適宜選択すればよい。
【００１９】
バルーンの配合割合は、熱硬化性樹脂１００重量部に対して１０〜１００重量部であることが好ましく、３０〜７０重量部であることがより好ましい。熱硬化性樹脂に対するバルーンの配合割合が１０重量部未満であると軽量効果が小さくなり、１００重量部を超えると液状コンパウンド材料における樹脂量が過少になり適度な強度が得られ難くなる。
【００２０】
なお、液状コンパウンド材料は溶剤などで粘度調整することができる。当該粘度は塗布できる程度に低く、なおかつシート状繊維製コンパウンド材料保持基材に塗布した際に流れ落ちない程度に調整する必要があり、例えば０．１〜２．０Ｐａ・ｓとすることが好ましい。
【００２１】
シート状繊維製コンパウンド材料保持基材は、液状コンパウンド材料塗布槽に連続的に送り出され、該シート状繊維製コンパウンド材料保持基材の両面に液状コンパウンド材料が塗布される。この場合における基材の送り出し速度は、通常１〜１０ｍ／分の範囲で適宜調整される。
【００２２】
シート状繊維製コンパウンド材料保持基材に塗布する液状コンパウンド材料の割合は選択するコンパウンド材料保持基材およびバルーンにより異なってくるが、コンパウンド材料保持基材に対し重量で３〜１５倍の塗布量とするのが好ましい。液状コンパウンド材料の塗布量が少なすぎる場合は軽量化の効果が得られにくくとなり、一方、多すぎる場合は基材からコンパウンド材料が脱落しやすくなり好ましくない。
【００２３】
ここで、本発明の軽量プリプレグの製造工程の一実施形態を図１に示す。図１において、送り出しロール３から送り出されたシート状繊維製コンパウンド材料保持基材７には、液状コンパウンド材料塗布槽１内にて液状コンパウンド材料８が塗布される。その後、シート状繊維製コンパウンド材料保持基材７は乾燥炉６において加熱乾燥されたのち、カッター４にて切断され所望の寸法のプリプレグ９が得られる。
【００２４】
通常バルーンは軽量であるため液状コンパウンドを材料として用いる場合は液状コンパウンド材料中のバルーンが時間の経過により浮いてしまい液状コンパウンド材料が不均一になるといった問題があった。そこで、一般的に液状材料を均一化する方法として塗布槽内外で材料を循環させる方法や図４に示すような塗布槽内でスクリューなどを回転して撹拌させる方法が行なわれている。しかし、これらの方法では材料の循環や撹拌が部分的なものになり不充分である。また、塗布槽内でシート状基材を塗布する際、液状コンパウンド材料がシートを介して２つのエリアに分断されるため均一な撹拌は難しくなっている。特に塗布槽内でシートの方向を転換する場合は、丸棒状の方向転換バーにシートが接する部分は液状コンパウンド材料が不均一なりやすく塗布ムラが生ずるといった問題もあった。
【００２５】
そこで、本発明においては、液状コンパウンド材料塗布槽が一つまたは複数の横型攪拌機を備え、液状コンパウンド材料塗布槽における液状コンパウンド材料が占める体積をＶａ、前記撹拌機の合計回転外径表面積をＳａとした場合、
０．０３≦Ｓａ／Ｖａ≦０．３      （１／ｃｍ）          （Ｉ）
の関係を満たす構成とすることにより、液状コンパウンド材料を全体的に均一に撹拌し、さらに塗布槽内でシートの方向を転換する際に生ずる塗布ムラを最小限にとどめることが可能となる。ここで、Ｓａ／Ｖａの値が０．０３未満であると液状コンパウンド材料を均一に混合することが困難となり、０．３を超えると工業的装置としては機械的スペースが制約されるため好ましくない。また、Ｓａ／Ｖａは０．０５〜０．２５の範囲を満たすことがより好ましい。
【００２６】
攪拌機としては、一般的なパドル型またはスクリュー型ではフローパターンによる混合効果は大きいものの、本発明のようにバルーンを含む液状コンパウンド材料に対しては混合効果はあまり期待できない。そこで、フローパターンによる混合ではなく、このような液状物質を機械的に攪拌できる攪拌装置を用いることが好ましい。このような攪拌装置としては、例えば図１に示すような横型撹拌機があげられる。このような横型攪拌機としては、連続パドル型攪拌機や円筒格子状攪拌機があげられる。ここで、横型攪拌機を複数設置する場合は、そのうち少なくとも一機が液状コンパウンド材料の撹拌とシート状繊維製コンパウンド材料保持基材の移送支持および／または方向転換の両方の役割を兼ね備えたものであることが好ましい。また、より均一な液状コンパウンド材料得るため、塗布槽において液状コンパウンド材料の液面が横型撹拌機の上端と一致するよう調整するのが好ましい。前述したように、通常の丸棒状のロールを用いて方向転換を行なった場合はロールと基材との間にバルーンが堆積し、均一な塗工が困難であるという問題がある。しかし、前記横型撹拌機は、例えば回転外径表面が格子状になっており、液状コンパウンド材料が円筒攪拌機の内部と外部を流通できる構造となっているため、そのような問題はなく、均一な塗工が可能となる。
【００２７】
ここで、図１に示すように、当該横型撹拌機の直下のシートを介して分断されたエリアには第二の横型撹拌機を備え付けることが好ましく、それにより塗布槽内の液状コンパウンド材料を充分攪拌して均一な状態とすることができ、均質な軽量プリプレグを得ることができる。装置の形態としては、図１のような塗布槽内で基材を１８０度方向転換させる縦型処理機のほかに、図２に示すような塗布槽の真横にギャップロールを備えた横型処理機を用いることができる。なお、図３のように横型攪拌機が基材の移送支持のみを行ない基材を塗布槽内で方向転換させない構成としてもよい。
【００２８】
前記横型撹拌機の回転周速度は特に限定されないが、例えば１〜２０ｃｍ／秒とすることが好ましい。なお、シート状繊維製コンパウンド材料保持基材の移送支持および／または方向転換の役割を備えた横型攪拌機については、回転速度は基材の送り出し速度と同調させる必要がある。
【００２９】
軽量プリプレグの塗工方法としてはコンマロールコーター、ナイフコーター、ダイスコーター等があり特に限定するものではないが、シート状繊維製コンパウンド材料保持基材の両面に均一に塗布できる点から縦型塗工が好ましい。
【００３０】
シート状繊維製コンパウンド材料保持基材に有機質および／または無機質バルーンを配合した液状コンパウンド材料を塗布したのち、通常８０〜１６０℃で３〜２０分間加熱乾燥し溶剤を揮発させることにより軽量プリプレグを得る。その後、このプリプレグを巻き取る前に切断または巻き取ったのちにあらためて切断し、所定寸法のプリプレグを得る。
【００３１】
このように得られた軽量プリプレグを積層し、加圧および加熱成形することにより本発明の軽量積層板を得ることができる。この加熱成形条件は塗布した樹脂種類または流動性あるいは成形する積層板の厚みにもよるが、通常は温度１５０〜１８０℃、圧力２０〜６０ｋｇ／ｃｍ2で３０〜１２０分間行なうことが好ましい。また、積層板の厚み精度をより良く得たい場合は、プレス熱盤間にスペーサーを挿入し厚さを規定することが好ましい。
【００３２】
軽量プリプレグを積層するに際しては、補強材として同種あるいは異種の樹脂のみを塗布させたシート状繊維製補強材を挿入することにより比重や機械強度などの特性を調節することができる。これらの補強材は、目的とする用途に応じて挿入枚数や挿入パターンを自由に組み合わせて適用することができる。
【００３３】
本発明の軽量積層板は、比重や機械強度などの特性を簡便に調節できるため、例えば車両用の構造部材や電気絶縁部材、金型等の断熱部材などの用途に好適に用いることができる。
【実施例】
【００３４】
つぎに本発明を実施例をあげて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００３５】
実施例１
エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型）１００重量部、ガラスバルーン（住友スリーエム（株）製）５０重量部、およびメチルエチルケトン８５重量部からなる均一に撹拌混合した液状コンパウンド材料を図１に示すような攪拌機を２機備えた塗布槽（Ｓａ／Ｖａ＝０．１６（１／ｃｍ））に投入し、当該塗布槽にシート状繊維製コンパウンド材料保持基材として単位重量３０ｇ／ｍ2のガラスペーパー（オリベスト（株）製）を塗布槽の撹拌機を回転させながらガラスペーパーに対しコンパウンド材料が重量で９倍の塗布量となるようにギャップを調整したコーターに５ｍ／分の一定速度で通過させた。このとき塗布槽のガラスペーパーに接する撹拌機は塗布の速度に同調させ、さらに液状コンパウンド材料の液面は常に撹拌機の上端に一致するよう調整して液状コンパウンド材料を連続的に供給した。その後、乾燥装置により１５０℃、１０分間加熱乾燥を行ない、軽量プリプレグを得た。
【００３６】
得られた軽量プリプレグを所定の大きさ（１０００ｍｍ×１０００ｍｍ）に切断し、複数枚重ねてプレスにより温度１７５℃、圧力３０ｋｇ／ｃｍ2で９０分間加熱加圧成形し、軽量積層板を得た。このとき、各軽量プリプレグは計量して所定の重量の軽量積層板が得られるようにし、プレス熱盤間には目的とする軽量積層板と同じ厚さのスペーサーを挿入した。
【００３７】
得られた積層板の比重は０．８であった。また、ＪＩＳ  Ｋ  ６９１１に準じて曲げ強さを測定した。結果を表１に示す。
【００３８】
実施例２〜５および比較例１
実施例１において用いたものと同種のエポキシ樹脂のみをガラスクロスに塗布したガラスエポキシ積層板用プリプレグを１枚ずつ交互に軽量プリプレグと複数枚重ねて加熱加圧成形したものや、軽量プリプレグ３枚に対しガラスエポキシ積層板用プリプレグ１枚を交互に複数枚重ねて加熱加圧成形したものなど、表２にしたがって軽量層と補強層の割合を変えた積層板を同じ要領で作製し、これらの積層板の比重と曲げ強さを測定した。結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
2006181952.tif 000003
【００４０】
比較例２
図４に示すようなスクリュー型の攪拌機を備えた塗布槽を用いた以外は実施例１と同様にしてプリプレグを作製し、得られたプリプレグの状態を目視により確認した。
【００４１】
なお、塗布槽内における領域ＡおよびＢについて、液状コンパウンド材料の攪拌状態を目視により確認するとともに、基材に含浸されたエポキシ樹脂とガラスバルーンの割合を強熱減量法にて測定した。結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】
2006181952.tif 000004
【００４３】
表２によると、本発明における横型攪拌機を用いてプリプレグを作製した場合、塗布槽内のコンパウンド材料は場所によらず均一であり、得られたプリプレグも均一なものとなった。一方、従来のスクリュー型攪拌機を用いた場合は槽内の液状コンパウンド材料は不均一となり、得られたプリプレグも不均一なものとなった。したがって、このプリプレグを積層してなる積層板も不均一なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）は本発明の軽量プリプレグの製造工程の一実施形態を示す図である。（ｂ）は液状コンパウンド塗布槽の正面図である。
【図２】本発明の軽量プリプレグの製造工程のそのほかの実施形態を示す図である。
【図３】本発明の軽量プリプレグの製造工程のさらなる実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）は従来のスクリュー型攪拌機を備えた液状コンパウンド塗布槽の正面図である。（ｂ）は従来のスクリュー型攪拌機を備えた液状コンパウンド塗布槽を横方向から見た図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    液状コンパウンド材料塗布槽
２    横型攪拌機
３    送り出しロール
４    カッター
５    ギャップロール
６    乾燥炉
７    シート状繊維製コンパウンド材料保持基材
８    液状コンパウンド材料
９    プリプレグ
１０    スクリュー型攪拌機
１１    基材方向転換棒
【図１】
2006181952.tif 000005
【図２】
2006181952.tif 000006
【図３】
2006181952.tif 000007
【図４】
2006181952.tif 000008